摘 要 本文按照放大器的不同分类阐述了甲类放大器p乙类放大器p甲乙类放大器pD类放大器的工作原理，并对各种放大器的性能进行比较，进一步论述了D类放大器的工作原理分析他的调制方式――脉宽调制。D类放大器的组成，并通过计算分析确定各主要元件及其外围元件，确定电路和工作电源，说明了测试结果。
关键词 三角波发生器；比较器；低通滤器
0 引言
长期以来，线性放大器一直在音频领域占主导地位，随着对便携式消费产品小体积低功耗的需求增加，设计工程师开始寻求替代传统线性放大器的高效器件。开关音频放大器也就是D类放大器，很好地在效率和失真之间提供了适当的平衡，可以满足小体积音频设备的效率和音效要求。
1 放大器的分类
1.1 按放大器的有源放大元件的不同分类
1）电子管放大器：这是年过半百历史悠久的一种放大器，所用的元件是电子管，在港台也叫胆管，成品机器俗称胆机，主要的优点是：线性良好，音色甜美悦耳，原因是因为电子管放大时波形变化和缓，放大时激发较多的“偶次谐波”，是一种失真。当然对电子管也有他的缺点，主要的缺点也是电子管生来就有的，因为电子管内阻系数较大，阻尼小，造成了瞬态响应不良。缺点就是：机器笨重，发热大，耗电量大，维护调试难等。
2）晶体管放大器：主要的有源放大器件是晶体管，大家都叫客观存在石机，弥补了胆机的缺点，输出阻抗较低，阻尼高，驱运力好，匹配也简单容易，所以瞬态好，而且可以不使用输出偶合变压器，所以低频相位失真小，频率响应宽，稳定性能强。缺点就是放大时产生奇次谐波。
3）集成电路放大器：主要是以晶体管集成制造而成的，它的优点是可靠性高，外围电路简单，组装方便，在多媒体音响或要求不高场合应用广泛，它跟晶体管的特性接近。
1）甲类功率放大器：这就是人们常说的“纯甲扩音机”，这种放大器的工作原理是输出有源器件（晶体管或电子管）在整个正弦波信号周期中始终工作在全导通状态，这种放大器失真小，音色较好，缺点就是效率低，功耗大，甲类放大器可作为线性放大。
2）乙类功率放大器：两只放大器推挽工作，一只在信号的正半周期内导通，另一只就截止。在信号的负半周期时，在正半周期截止的器件导通，另一只就截止。这种放大器的优点就是效率杭，约为78%，但缺点就是交越失真无法避免。
3）甲乙类功率放大器：同样是由两只放大器件来工作，只是两只放大器件同时重叠导通一段区域，这样就可以克服交越失真，所以它既有甲类放大器的声音特点，又有了乙类放大器的效率，普及程度很高，被很多家用音频放大器所采用。
4）一些超甲类，超A类放大器等，其实也就是在甲乙类放大器的基础上进行改进的，加上了动态装置，使之有更高效率和更好音色。
5）D类放大器：就是数码功率放大器，全名叫“脉冲调制型音频功率放大器”，是利用晶体管的开关特性来进行功率放大，理论上D类放大器的效率在整个动态范围内是100%，D类放大器不需要偏置电流，有较高的效率，但产生较大的噪声的失真。
2 各种放大器的效率比较
作为放大器的主要任务是在失真不大的条件下，高效率要输出足够大的信号功率给负载，放大器的效率η，
η=负载所得到的交流功率PL/电源供给的直流功率PC*100%
在理论上D类放大器有如此高的效率，下面就先对各种放大器的效率进行比较。
1）单管甲类功率放大器。
单管甲类功率放大器在输出与负载之间用耦合变压器作为输出变压器。变压器在这里有阻抗变换作用，甲类功放从直流供给的功率总是等于ECICQ它并不随输入信号的有无或强弱而有所变化，甲类功放的总效率为30%～40%左右。
2）由于乙类推挽电路不受温度影响，可作为几W以下的小功率放大器使用。乙类推挽电路采取一对互补晶体管，省略了输出变压器，效率也只是78.5%。
3）D类放大器效率。
理论上线性放大器的峰值功率的效率最大为78%，D类放大器在整个动范围内可达到85%，THD小于1%，D类放大器的效率主要取决于输出级晶体的工作区域，线性放大器的晶体管主要是工作在线性区域，而D类放大器的晶体管需要一定的偏置电流缓冲电压信号和驱动电流给负载，这个偏置电流负载并不需要，由于产生额外的电流而降低效率。因此负载上的电压与PWM方波的占空比和滤波器有关，输出晶体管只需要把电流引入负载即可，所以晶体管工作在线性区域并吸收零偏置电流。
假如晶体管导通电阻RON，所有无源电阻RP，滤波器电阻RF，负载电阻RL，忽略开天损耗时效率为：
η=POUT/PSUPPLY=IOUT2RL/IOUT2（RON+RP+RF+RL）
理想情况下，除了负载电阻以外其它的器件电阻为零，则
η=POUT/PSUPPLY=IOUT2RL/IOUT2RL=1=100%
3 D类放大器工作原理和设计
D类放大器的效率如此高，在这我就选取D类放大器作为我的设计内容。
D类放大器主要是由三角波发生器p音频输入级p比较器p放大级p滤波器组成的。
D类放大器的工作原理是：三角波发生器振荡产生三角波信号，把三角波信号和音频输入级输入的正弦波信号分别送到比较器的同相端和反相端，通过比较器进行脉宽调制（PWM），输出脉宽信号，再经过放大级放大，最后经过低通滤器把方波还原为正弦音频信号给负载。
滤波器在放大器里也是一个重要的环节，滤波器的正确设计才能还原出不失真的正弦波，滤波器有低通滤波器，高通滤波器，带通滤波器等。这里我们选用LC组成的二阶巴特沃滋低通滤波器。
元件公式：L1=R/∏fc
C2=1/∏fCR
所以选择2A的整流桥就足够了。
对于全波整流器，最低次谐波频率等于电源频率的二倍，故滤波电容
C≥（3--5）T/2RL=（3--5）0.01/RL
根据设计要求计算得C≥3750uF，最后确定选4000uF/35V的电解电容。
R1、RL的阻值小得多。放大倍数
Au=-Rf/R1
Rn=RP
Rp=R1‖Rf
Rp=R
这里可以选用NE5532作为，音频输入的前级放大，
通过前面的分析和对元件参数的计算和选择，依据D类放大器的工作原理方框图可以画出D类放大器的电气原理图如图2。
4 D类放大器的测试结果
如图3。
通过这次的设计制作让我对放大器有了较深的了解和认识，使自己的动手能力有了一定的提高，在对线路版的调试中，锻练了我的实际分析能力和故障处理能力。这次的设计基本上达到预定的目标。
参考文献
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